Avantages des Mosfets en carbure de silicium

Les MOSFET en carbure de silicium sont plus performants que les transistors IGBT en ce qui concerne les applications à haute tension telles que les véhicules à énergie intelligente et les machines industrielles, car ils offrent des performances supérieures à celles des transistors IGBT en termes de puissance, de dissipation thermique et de plage de température. En outre, leur fiabilité dépasse celle des transistors IGBT.

Lorsqu'une tension positive est appliquée à la surface du silicium de type p, les trous sont attirés par le champ électrique et laissent derrière eux une région vide appelée zone d'appauvrissement.

Haute tension

Les MOSFET en carbure de silicium se caractérisent par des tensions nominales élevées et des performances exceptionnelles dans divers circuits électroniques en raison de leurs caractéristiques d'économie d'énergie et de leur capacité à dissiper efficacement la chaleur.

Ils se caractérisent par une résistance à l'enclenchement plus faible et fonctionnent à des fréquences plus élevées que les dispositifs de puissance traditionnels à base de silicium - qui constituent souvent le goulot d'étranglement des systèmes modernes - ce qui offre des avantages significatifs en termes de réduction de la taille des composants et d'efficacité du système.

Les dispositifs de puissance SiC présentent des paramètres électriques supérieurs à ceux des dispositifs en silicium, notamment un RDSon plus faible et des performances en matière de température de fonctionnement, ce qui les rend adaptés à des applications exigeantes telles que les onduleurs de traction, les machines à souder, les systèmes d'énergie renouvelable et les stations de recharge, les centres de données informatiques ainsi que les environnements difficiles tels que les cabines de soudage. Leur fiabilité et leur durée de vie supérieures les rendent extrêmement populaires auprès des ingénieurs - ce seul facteur explique leur popularité croissante auprès des ingénieurs.

Courant élevé

Les MOSFET en carbure de silicium permettent aux dispositifs de puissance de gérer efficacement des courants élevés, ce qui est crucial car cela permet des fréquences de commutation plus élevées qui réduisent les besoins en composants inductifs et capacitifs dans la conception des circuits de puissance.

Les MOSFET SiC fonctionnent en faisant circuler le courant entre leurs bornes source et drain, ce qui est possible en appliquant une tension positive à leurs grilles ; cela crée un champ électrique qui attire les électrons de la région p supérieure dans un canal conducteur, le plaçant dans son état "allumé". À l'inverse, l'application d'une tension nulle ou négative inverse cet effet, interrompant le flux de courant et ramenant le dispositif à l'état "éteint".

Comme les MOSFET en SiC sont des dispositifs unipolaires (impliquant uniquement des électrons circulant dans les régions semi-conductrices de type n pour le flux de courant), ils peuvent être activés à des tensions drain-source relativement faibles avec une très faible résistance à l'état passant, ce qui se traduit par des temps de commutation plus rapides.

Faible résistance à l'enclenchement

Les mosfets en carbure de silicium sont conçus pour être utilisés dans des environnements difficiles et constituent un excellent complément aux onduleurs de traction, aux entraînements de moteurs, à l'énergie solaire et aux systèmes d'alimentation de secours. Leur efficacité supérieure à celle des dispositifs au silicium permet de réaliser des systèmes plus petits dans un encombrement réduit, tout en offrant une puissance supérieure à celle des seuls dispositifs au silicium plus puissants.

Les MOSFET SiC peuvent atteindre des tensions de blocage beaucoup plus élevées que les IGBT (jusqu'à 1200V), mais leur signal drain-source (VDS) doit être géré avec soin sur les commutateurs du côté haut afin d'éviter une surtension qui pourrait conduire à un échauffement Joule important et endommager leur dispositif. Par conséquent, des mesures de validation précises utilisant un oscilloscope avec des sondes précises et des temps morts sont nécessaires pour une gestion appropriée.

Tektronix propose une gamme d'outils pour valider les performances des semi-conducteurs de puissance, y compris les MOSFET. Pour en savoir plus, consultez notre nouvelle note d'application - Mesure efficace des signaux des MOSFET dans l'électronique de puissance SiC.

Faible fuite

Les MOSFET en carbure de silicium se caractérisent par un courant de fuite plus faible que leurs homologues en silicium, ce qui permet d'accélérer les vitesses de commutation et de minimiser les pertes d'énergie globales dans les systèmes d'alimentation.

Les MOSFET SiC sont plus résistants à l'emballement thermique que les MOSFET de puissance et les IGBT en silicium standard, ce qui leur permet de fonctionner efficacement même à des températures ambiantes plus élevées sans composants de refroidissement supplémentaires. Les MOSFET SiC sont donc particulièrement adaptés aux applications industrielles et automobiles où le positionnement précis d'un objet ou le mouvement d'un bras d'outil nécessite une commande de servomoteur élevée pour un positionnement ou un mouvement précis.

La gamme de MOSFET en carbure de silicium (SiC) de troisième génération de GeneSiC présente des boîtiers et des matrices nues de pointe, offrant des valeurs nominales de 650 V à 6,5 kV, ce qui les rend adaptés aux topologies de commutation dures et résonnantes, permettant de piloter efficacement les IGBT et conduisant à une réduction significative du poids et de l'encombrement.